BRPI1013038B1

BRPI1013038B1 - elemento deslizante

Info

Publication number: BRPI1013038B1
Application number: BRPI1013038A
Authority: BR
Inventors: Manfred Fischer; Steffen Hoppe; Marcus Kennedy
Original assignee: Fed Mogul Burscheid Gmbh
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2019-10-22
Also published as: KR101617910B1; JP2012527583A; US8986821B2; EP2432915B1; BRPI1010899A2; CN102428208A; WO2010133384A1; US20120068418A1; JP5685583B2; CN102428206A; KR20120014590A; WO2010133633A1; EP2432915A1; DE102009003232A1; EP2432913B1; RU2011151633A; CN102428208B; RU2011151547A; BRPI1013038A2; PT2432913E

Abstract

elemento deslizante a invenção se refere a um elemento deslizante de um motor de combustão interna, especialmente um anel de pistão, compreendendo um revestimento dlc do tipo ta-c, que tem pelo menos um gradiente de tensão interna.

Description

“ELEMENTO DESLIZANTE

Campo técnico da invenção [001] A invenção se refere a um elemento deslizante em um motor de combustão interna, especialmente um anel de pistão.

[002] Ao reduzir as emissões de dióxido de carbono dos motores de combustão interna, o consumo de combustível desempenha um papel essencial. Este é afetado essencialmente pelas perdas por atrito no motor, especialmente na área dos pistões, por exemplo, nos anéis de pistão. Existe, conseqüentemente, a necessidade de elementos deslizantes em motores de combustão interna, especialmente anéis de pistão, que, ao longo de toda sua vida útil, tenham características de fricção as mais favoráveis possíveis. Com relação a toda sua vida útil devem ser levadas em conta, a característica de funcionamento, uma possível deficiência de lubrificação e uma eventual formação de marca de combustão, que, respectivamente, levam a alterações nas propriedades tribológicas.

Estado da técnica [003] No campo acima, são conhecidos os revestimentos PVD baseados em material rígido, os quais têm boa resistência ao desgaste, mas persiste a necessidade de melhoria no que diz respeito aos coeficientes de atrito.

[004] O documento DE 10 2005 063 123 B3 ensina uma estrutura de camadas que, de fora para dentro, tem uma camada de admissão, uma camada adesiva e uma camada de proteção contra o desgaste. No entanto, as características

Petição 870190024149, de 13/03/2019, pág. 6/15

2/7 das propriedades de atrito ao longo da vida útil ainda provaram necessidades de melhoria.

Objetivo da invenção [005] A invenção tem por objetivo fornecer um elemento deslizante de um motor de combustão interna, em particular um anel do pistão possuindo um revestimento que, de maneira confiável e durante um período de tempo o mais longo possível, tenha propriedades de atrito favoráveis .

[006] A solução do objetivo da invenção ocorre por meio do elemento deslizante descrito na reivindicação 1.

[007] Neste sentido, tal elemento deslizante compreende um revestimento DLC do tipo ta-C que possui, ao longo da sua espessura, tensões internas variáveis. Em outras palavras, é formado pelo menos um gradiente de tensões internas através da espessura do revestimento. Como é sabido, DLC significa Diamond-Like Carbon. O tipo ta-C é caracterizado por uma estrutura tetraédrica, livre de hidrogênio e está definido, por exemplo, na diretriz VDI 2840. Uma camada deste tipo de fornece, por um lado boas características de fricção e, além disso, pelas razões a seguir tem uma vida útil particularmente longa.

[008] Por um lado, a variação de tensões internas através da espessura da camada permite a obtenção de camadas de maiores espessuras, por exemplo, superiores a 10 pm, sem que ocorram problemas em relação à adesão ou fragilidade da camada. Especificamente, tem sido possível estabelecer que, por exemplo, regiões camada com tensões internas mais baixas relaxam ou aliviam localmente todo o laminado, ou seja, em particular o revestimento

Petição 870190024149, de 13/03/2019, pág. 7/15

3/7 multicamadas fornecido. Desta forma, nos esforços de carga de cisalhamento que ocorrem quando usado em um motor de combustão interna, o limite elástico do revestimento DLC não é ultrapassado. Assim, o desgaste do revestimento pode ser limitado com sucesso.

[009] Concretizações adicionais do elemento deslizante de acordo com a invenção são descritos nas reivindicações adicionais.

[0010] Para a transição do revestimento para o material de base do elemento deslizante, ou seja, para uma região interna do revestimento quando visto de fora para dentro, provou ser vantajoso fornecer um gradiente negativo de tensão interna. Em outras palavras, diminuir as tensões internas do material de base para um valor baixo de modo a alcançar uma transição de tensão interna favorável para o material base e uma boa aderência da camada.

[0011] Para uma região que se encontra no exterior, como vista de fora para dentro, um gradiente positivo de tensão interna, provou ser vantajoso. Em outras palavras, a tensão interna encontra-se na superfície externa do revestimento em um nível comparativamente baixo, o que se tem demonstrado vantajoso para características favoráveis de comportamento de movimento. A partir daqui, no entanto, as tensões internas de preferência aumentam fortemente em direção ao interior para que os efeitos descritos acima possam ser alcançados.

[0012] Para uma região intermediária do revestimento, isto é, uma região que não está completamente no exterior e não completamente no interior, o gradiente negativo de tensão interna, que é de preferência menor do

Petição 870190024149, de 13/03/2019, pág. 8/15

4/7 que o gradiente negativo de tensão interna na região interna do revestimento, ou seja, que se encontra sobre o material de base, tem-se revelado favorável. Desta forma, a tensão interna encontra-se com o mais alto nível comparativamente bastante distante em direção ao exterior no revestimento, e isso permite esperar características favoráveis.

[0013] Principalmente nos elementos deslizantes nos quais se pode esperar uma pressão de superfície extremamente alta, é favorável um perfil de tensão interna baixo e constante em uma região mais interna, ou seja, diretamente contra o material de base.

[0014] Além disso, por meio de um perfil de tensão interna do mesmo modo constante, comparativamente baixo, mas que, no entanto, é de preferência de um nível mais elevado do que na região mais interna, e que é fornecido no lado exterior do revestimento, podem ser melhoradas as características de funcionamento.

[0015] A fim de evitar a propagação de fissuras no revestimento, têm-se revelado vantajosas tensões internas extensivamente alternadas em uma região intermediária. Em conexão com isso, a extensão das zonas com baixas tensões internas pode ser menor, igual ou maior do que a extensão das zonas com alta tensão interna.

[0016] Para a periodicidade, ou seja, a espessura, entre o início de uma região com tensão interna baixa, sobre uma região com alta tensão interna até o início da próxima região com tensão interna baixa, valores de 0,1 a 1 pm são concebíveis.

Petição 870190024149, de 13/03/2019, pág. 9/15

5/7 [0017] Ao todo, por meio das medidas descritas, podem ser obtidos revestimentos com uma espessura de 10 pm ou maior, cujo efeito, que por um lado apresentam características favoráveis de comportamento de movimento, mas, ao mesmo tempo, constitui uma camada de espessura suficiente, de modo a garantir, após desgaste inevitável, uma longa vida útil com propriedades de atrito favoráveis do revestimento.

[0018] Para a obtenção de tensões internas diferentes é vantajosa, por exemplo, uma mudança nas relações entre átomos de carbono sp2 e sp3 hibridizados. Em particular, as tensões internas podem ser aumentadas através do aumento do quantitativo de sp3, e isso no geral permite a formação de um gradiente de tensão interna.

[0019] Isto se aplica igualmente a uma densidade crescente, de modo que, para uma alteração na densidade da camada através de sua espessura espera-se que seja possível alterar as tensões internas de maneira vantajosa através da espessura da camada.

[0020] Finalmente, prevê-se que, para alterar a dureza da camada ao longo de sua espessura, uma vez que uma dureza maior tem como conseqüência uma tensão interna de compressão realçada, de modo que desta forma também se pode definir o gradiente de tensão interna desejado.

Breve descrição dos desenhos [0021] A seguir serão descritas em mais detalhes formas de concretização da invenção, através de exemplos, com referência aos desenhos. Estes ilustram como se segue:

Petição 870190024149, de 13/03/2019, pág. 10/15

6/7

A Figura 1 é uma ilustração do perfil de tensões internas ao longo da espessura de um revestimento DLC em uma primeira concretização, e

A Figura 2 é uma ilustração do perfil de tensões internas ao longo da espessura de um revestimento DLC em uma segunda concretização.

Descrição detalhada dos desenhos [0022] Nas figuras é representada a relação entre as tensões internas do revestimento DLC sobre a espessura do revestimento, onde uma região mais externa do revestimento está representada à esquerda do diagrama, e uma região mais interna do revestimento do lado direito no diagrama. Em outras palavras, o material de base, por exemplo, aço ou ferro fundido cinzento, é mostrado à direita, adjacente ao revestimento com as tensões internas.

[0023] Na modalidade da Figura 1, a partir da região interna (de fora para dentro) ou a base do revestimento (região III) é formado um gradiente de tensão interna negativo. Em outras palavras, as tensões internas na transição para o material de base são particularmente baixas, a fim de alcançar uma boa transição de tensões e uma boa aderência do revestimento. Em uma região central (região II), a tensão interna aumenta, mas com um gradiente menor, até o nível mais alto. No lado exterior (região I) as tensões internas diminuem muito, em outras palavras, um alto gradiente de tensão interna positivo é formado a partir do lado exterior para o lado interior, que proporciona características favoráveis de comportamento de movimento.

Petição 870190024149, de 13/03/2019, pág. 11/15

7/7 [0024] Isso se aplica da mesma forma à concretização da Figura 2, na qual em uma região mais externa I as tensões internas são inicialmente constantes em um nível baixo, e depois (região II) aumentam muito. Isto fornece uma transição de tensão interna adequada às necessidades entre a região I e uma região III na qual as tensões internas se alternam consideravelmente. Em particular, um estado de alta tensão interna constante com tensões de esforços de cisalhamento demonstrou proporcionar riscos de rachaduras. As tensões alternadas na região III previnem a propagação de rachaduras. Nesta região a periodicidade α pode ser, por exemplo, entre 0,1 e 1 pm. Da mesma forma que a concretização da Figura 1, existe uma região IV, com um gradiente de tensão interna fortemente negativo adjacente ao material base (à direita na figura), e diretamente junto ao material de base há uma região V com um perfil de tensão interna baixa constante, a fim de alcançar uma transição de boa tensão interna para o material base e uma boa aderência. O nível de tensão interna na região V pode em particular ser menor do que na região mais externa I, e na região III as tensões internas podem variar entre os valores máximo absoluto e um nível um pouco acima do nível da região I.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Elemento deslizante de um motor de combustão interna, especialmente um anel de pistão, com um revestimento DLC do tipo ta-C, caracterizado por compreender ao longo da sua espessura tensões internas variáveis, e com isso pelo menos um gradiente de tensão interna, onde em uma região (IV) posicionada junto ao material de base é formado um gradiente negativo de tensão interna, como visto de fora para dentro, onde em uma região (II) localizada no exterior, é formado um gradiente de tensão interna positivo, como visto de fora para dentro e em uma região central (III) do revestimento são formadas tensões internas extensivamente alternadas.

2 - Elemento deslizante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que em uma região mais interna (V) e/ou mais externa (I) do revestimento as tensõ es internas são consideravelmente constantes. 3 - Elemento deslizante, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, em uma região ma is interna as tensões interna s são mais baixas do que em uma região ma is externa do reves timento. 4 - Elemento deslizante, de aco rdo com qualquer

uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a periodicidade (α) da alternância é de 0,1 a 1 pm.

5 - Elemento deslizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o revestimento é de 10 pm ou mais espesso.

6 - Elemento deslizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato

Petição 870190024149, de 13/03/2019, pág. 13/15

2/2 de que pelo menos em uma região com um gradiente de tensão interna está presente uma relação variável entre átomos de carbono sp2 e sp3 hibridizados.
7 - Elemento deslizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos em uma região com um gradiente de tensão interna acontece uma variação na densidade da camada.
8 - Elemento deslizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos em uma região com um gradiente de tensão interna acontece uma variação na dureza da camada.